Tipos de redes

De acuerdo con su tecnología de transmisión las redes se clasifican en:

• Redes broadcast (que significa radiodifusión en inglés)
• Redes punto a punto

Según su escala también se suelen clasificar en:

• Redes de área local (LAN, Local Area Network)
• Redes de área extensa (WAN, Wide Area Network)

En esta última clasificación también se distingue a veces una categoría intermedia, la formada por las redes de área metropolitana (MAN, Metropolitan Area Network).

La combinación de estos dos criterios nos permite crear una matriz con cuatro categorías posibles; en la práctica existen redes en cada una de estas cuatro categorías, si bien la mayoría encajan en dos de ellas:

	LAN	WAN
Broadcast	La mayoría de las LANs (Ethernet, FDDI, Token Ring, etc.), Fibre Channel	Redes de transmisión vía satélite
Punto a punto	HIPPI, Fibre Channel, LANs Conmutadas	La mayoría de las WANs (todas las basadas en enlaces telefónicos, X.25, Frame Relay, RDSI, ATM, etc.)

Redes broadcast

En las redes broadcast el medio de transmisión es compartido por todos los ordenadores interconectados. Normalmente cada mensaje transmitido es para un único destinatario, cuya dirección aparece en el mensaje, pero para saberlo cada máquina de la red ha de recibir o ‘escuchar’ cada mensaje, analizar la dirección de destino y averiguar si va o no dirigido a ella; las normas de buena educación ‘telemática’ establecen que un ordenador debe descartar sin mas análisis todo mensaje que no vaya dirigido a él; sin embargo, algunos programas llamados ‘sniffers’ se dedican a ‘cotillear’ todo lo que pasa por el cable, independientemente de quien sea su destinatario; con un sniffer es muy fácil capturar cualquier cosa, por ejemplo los caracteres que viajan por la red en un proceso de conexión averiguando así de manera rápida el userid y la password de un usuario cualquiera (por ejemplo ‘root’). La única protección efectiva en las redes broadcast es el encriptado de la información.

A veces en una red broadcast lo que se quiere es precisamente enviar un mensaje a todas las máquinas conectadas. Esto se llama un envío broadcast. Asimismo es posible enviar un mensaje dirigido a un subconjunto de todas las máquinas de la red (subconjunto que ha de estar definido previamente); esto se conoce como envío multicast (y el subconjunto se denomina grupo multicast). En algunos contextos cuando se habla de broadcast o multicast el caso en el que el mensaje va dirigido a una máquina concreta se denomina envío unicast.

Como ejemplos de redes broadcast podemos citar casi todas las tecnologías de red local: Ethernet (en sus diversos tipos), Token Ring, FDDI, etc. También son redes broadcast las basadas en transmisión vía satélite. En una red broadcast la capacidad o velocidad de transmisión indica la capacidad agregada de todas las máquinas conectadas a la red; por ejemplo, la red conocida como Ethernet tiene una velocidad de 10 Mb/s, lo cual significa que la cantidad máxima de tráfico agregado de todos los equipos conectados no puede superar este valor.

Conviene mencionar en este punto que en Telemática siempre que se especifican capacidades de transmisión de la información, a menudo referidas erróneamente como velocidades de transmisión o anchos de banda, los prefijos Kilo, Mega, etc., se utilizan con su significado métrico (10³, 10⁶, etc.), no con el significado informático (2¹⁰, 2²⁰, etc.). Así 1 Kb/s corresponde a 1.000 bits/s, no 1.024 bits/s; análogamente 1 Mb/s significa 1.000.000 bits/s, no 1.048.576 bits/s. Sin embargo cuando no se trata de cantidad de información (sin dividir por el tiempo) el significado sigue siendo el habitual, así por ejemplo si decimos que un determinado protocolo utiliza un tamaño máximo de paquete de 64 Kbytes queremos decir que el paquete puede contener hasta 65535 Bytes; si decimos que hemos transmitido un fichero de 1 MByte, queremos decir que el fichero contiene 1.048.576 Bytes. Normalmente las velocidades o, más correctamente, las capacidades de transmisión se miden en bits/segundo (que abreviaremos como bps), mientras que el tamaño de una trama, de un paquete o de un fichero se expresa en Bytes.

Redes punto a punto

Las redes punto a punto se construyen por medio de conexiones entre pares de ordenadores, también llamadas líneas, enlaces, circuitos o canales (en inglés los términos equivalentes son ‘lines’, ‘links’, ‘circuits’, ‘channels’ o ‘trunks’). Una vez un paquete es depositado en la línea el destino es conocido de forma unívoca y no es preciso en principio que lleve la dirección de destino.

Los enlaces que constituyen una red punto a punto pueden ser de tres tipos de acuerdo con el sentido de la transmisión:

• Simplex: la transmisión sólo puede efectuarse en un sentido

• Semi-dúplex o ‘half-duplex’: la transmisión puede hacerse en ambos sentidos, pero no simultáneamente

• Dúplex o ‘full-duplex’: la transmisión  puede efectuarse en ambos sentidos a la vez.

En los enlaces semi-dúplex y dúplex la velocidad de conexión es generalmente la misma en ambos sentidos, en cuyo caso se dice que el enlace es simétrico; en caso contrario se dice que es asimétrico.

La gran mayoría de los enlaces en líneas punto a punto son dúplex simétricos. Así, cuando se habla de un enlace de 64 Kb/s sin especificar mas se quiere decir 64 Kb/s en cada sentido, por lo que la capacidad total del enlace es de 128 Kb/s.

Al unir múltiples máquinas con líneas punto a punto es posible llegar a formar redes de topologías complejas en las que no sea trivial averiguar cual es la ruta óptima a seguir para ir de un punto a otro, ya que puede haber múltiples caminos posibles con distinto número de ordenadores intermedios, con enlaces de diversas velocidades y distintos grados de ocupación. Como contraste, en una red broadcast el camino a seguir de una máquina a otra es único, no existen ordenadores intermedios y el grado de ocupación es el mismo para todas ellas.

Cada uno de los ordenadores que participa en una red de enlaces punto a punto es un nodo de la red. Si el nodo tiene un único enlace se dice que es un nodo terminal o ‘end node’, de lo contrario se dice que es un nodo intermedio, de encaminamiento o ‘routing node’. Cada nodo intermedio ha de tomar una serie de decisiones respecto a por donde debe dirigir los paquetes que reciba, por lo que también se les llama nodos de conmutación de paquetes, nodos de conmutación, conmutadores o encaminadores (los términos equivalentes en inglés son respectivamente packet switching nodes, switching nodes, switches y routers). Dependiendo del tipo de red que se trate nosotros utilizaremos las denominaciones router o conmutador.

Cualquier ordenador (por ejemplo una estación de trabajo UNIX, o incluso un PC con MS/DOS), puede actuar como un router en una red si dispone del programa apropiado; sin embargo, se prefiere normalmente utilizar para este fin ordenadores dedicados, con sistemas operativos en tiempo real y software específico, dejando los ordenadores de propósito general para las aplicaciones del usuario; esto da normalmente mayor rendimiento y fiabilidad. Tradicionalmente al ordenador de propósito general que se conecta a la red como nodo terminal mediante un router se le denomina host, palabra inglesa que significa anfitrión (aunque esta denominación no se utiliza nunca en este contexto). El conjunto de líneas de comunicación y routers que interconectan a los hosts forman lo que se conoce como la subred de comunicaciones, o simplemente subred. Obsérvese que los hosts o nodos terminales no forman parte de la subred. Si hacemos la analogía con la red telefónica diríamos que la subred es el conjunto de cables y centralitas telefónicas, incluido el aplique de la pared donde conectamos el teléfono, pero no formaría parte de la subred nuestro teléfono, que enchufamos al aplique.

Para llegar de un nodo a otro en una red se ha de atravesar uno o varios enlaces; el número de enlaces se denomina en inglés ‘hops’, que significa saltos, y depende de la trayectoria seguida y de la topología de la red. Cuando dos nodos no vecinos (es decir a mas de un ‘hop’ de distancia) desean intercambiar información lo han de hacer a través de uno o varios nodos intermedios. Cuando un paquete se envía de un nodo al siguiente normalmente el paquete es transmitido en su totalidad y almacenado; solo entonces el nodo receptor intenta enviar el paquete al siguiente nodo de la red. Esto es lo que se conoce como una red de almacenamiento - reenvío (‘store-and-forward’) o red de conmutación de paquetes (‘packet - switched’). Esta forma de proceder permite una elevada fiabilidad incluso en entornos hostiles donde el número de errores puede ser elevado.

Dado que en una red punto a punto cada enlace puede tener una velocidad distinta, no podemos caracterizar la red con un único dato de forma tan sencilla como en una red broadcast; sería preciso adjuntar un esquema de la topología indicando el tipo de cada enlace (simplex, semi-dúplex o dúplex) y su velocidad (en cada sentido si fuera asimétrico).

Redes de área local (LAN)

Las redes de área local tienen generalmente las siguientes características:

• Tecnología broadcast: medio compartido
• Cableado específico, instalado normalmente a propósito
• Velocidad de 1 a 1000 Mb/s
• Extensión máxima de unos 3 KM (FDDI llega a 200 Km)

Las LANs más conocidas y extendidas son la Ethernet a 10 Mb/s, la IEEE 802.5 o Token Ring a 4 y 16 Mb/s, y la FDDI a 100 Mb/s. Estos tres tipos de LAN han permanecido prácticamente sin cambios desde finales de los ochenta, por lo que a menudo se les referencia en la literatura como ‘LANs tradicionales (‘legacy LANs’ en inglés) para distinguirlas de otras mas modernas aparecidas en los 90, tales como la Fast Ethernet (100 Mb/s).

A menudo las LANs requieren un tipo de cableado específico (de cobre o de fibra); esto no suele ser un problema ya que al instalarse en una fábrica, campus o similar, se tiene un control completo sobre el entorno y las condiciones de instalación.

El alcance limitado de las LANs permite saber el tiempo máximo que un paquete tardará en llegar de un extremo a otro de la red, lo cual permite aplicar diseños que de otro modo no serían posibles, y simplifica la gestión de la red.

Como consecuencia del alcance limitado y del control en su cableado, las redes locales suelen tener un retardo muy bajo en las transmisiones (decenas de microsegundos) y una tasa de errores muy baja.

La topología básica de las redes locales suele ser de bus (p. Ej. Ethernet) o de anillo (Token Ring o FDDI). Sin embargo, pueden hacerse topologías mas complejas utilizando elementos adicionales, tales como repetidores, puentes, conmutadores, etc., como veremos más adelante.

En épocas recientes se ha popularizado una técnica para aumentar el rendimiento de las redes locales, que consiste en dividir una LAN en varias mas pequeñas, con lo que el ancho de banda disponible para cada uno es mayor; las diversas LANs así formadas se interconectan en un equipo especial denominado conmutador LAN (o LAN switch); en casos extremos se puede llegar a dedicar una red por equipo, disponiendo así de todo el ancho de banda para él.

En años recientes se ha empezado a utilizar una tecnología de redes telefónicas, y por tanto típicamente de redes WAN, para la construcción de redes locales; esta tecnología, denominada ATM (Asynchronous Transfer Mode), dará mucho que hablar en el futuro.

Redes de área metropolitana (MAN)

En principio se considera que una MAN abarca una distancia de unas pocas decenas de kilómetros, que es lo que normalmente se entiende como área metropolitana. Existe solamente una red característica de las MANs, la conocida como IEEE 802.6 o DQDB (Distributed Queue Dual Bus), que puede funcionar a diversas velocidades entre 34 y 155 Mb/s con una distancia máxima de unos 160 Km. En realidad la distinción de MANs en base a la distancia es un tanto arbitraria, ya que FDDI puede llegar a 200 Km pero raramente se la clasifica como MAN, al no ser un servicio ofrecido por las compañías telefónicas, cosa que sí ocurre con DQDB en algunos países.

La tecnología DQDB ha tenido escasa difusión. Su mayor mérito ha sido servir como predecesora de ATM en algunos aspectos. En el futuro es de esperar que la red DQDB caiga en desuso o desaparezca ya que su espacio ha sido ocupado por completo por las redes basadas en ATM.

Un caso de redes especialmente difíciles de clasificar son las formadas por empresas de televisión por cable. Desde el punto de vista técnico estas redes se podrían considerar tipo LAN, y como tal las estudiaremos; sin embargo el hecho de que sean gestionadas por empresas especializadas y ofrecidas como un servicio contratable por los usuarios les da unas características de WAN desde el punto de vista legal. Estas circunstancias unidas a su alcance máximo (entre 160 y 200 Km) hacen que las podamos considerar en cierto modo como redes MAN.

El término MAN suele utilizarse también en ocasiones para denominar una interconexión de LANs ubicadas en diferentes recintos geográficos (por ejemplo diferentes campus) cuando se dan las siguientes circunstancias:

• La interconexión hace uso de enlaces telefónicos de alta o muy alta velocidad (comparable a la de las propias LANs interconectadas).

• La interconexión se efectúa de forma transparente al usuario, que aprecia el conjunto como una única LAN por lo que se refiere a servicios, protocolos y velocidades de transmisión.

• Existe una gestión unificada de toda la red

Redes de área extensa (WAN)

Las redes de amplio alcance se utilizan cuando no es factible tender redes locales, bien porque la distancia no lo permite por el costo de la infraestructura o simplemente porque es preciso atravesar terrenos públicos en los que no es posible tender infraestructura propia. En todos estos casos lo normal es utilizar para la transmisión de los datos los servicios de una empresa portadora. Hasta hace poco este tipo de servicios eran ofrecidos en régimen de monopolio por las compañías telefónicas en la mayoría de los países de Europa. Afortunadamente esto esta cambiando rápidamente siendo posible por ejemplo en España contratar hoy en día servicios portadores de datos con Retevisión, o en breve con diversas compañías de televisión por cable, si bien en muchos casos la mayor penetración de Telefónica hace que haya un monopolio de facto.

En la literatura especializada es frecuente referirse a las compañías telefónicas europeas genéricamente con la denominación PTT, abreviatura de Post, Telegraph and Telephone. Esto se debe a que en muchos países de Europa la empresa que se encargaba tradicionalmente de las transmisiones telefónicas era la misma que ofrecía el servicio de correos y telégrafos, todo esto en régimen de monopolio. Con la liberalización del servicio de telefonía y la aparición de diversas compañías competidoras la denominación PTT se esta sustituyendo por la de operador (que quiere decir que opera la red); la costumbre hace que en muchos casos se siga aun utilizando el término PTT.

Las redes WAN se implementan casi siempre haciendo uso de enlaces telefónicos que han sido diseñados principalmente para transmitir la voz humana, ya que este es el principal negocio de las compañías telefónicas. Normalmente la infraestructura esta fuera del control del usuario, estando supeditado el servicio disponible a la zona geográfica de que se trate. Conseguir capacidad en redes WAN suele ser caro, por lo que generalmente se solicita el mínimo imprescindible.

Hasta tiempos recientes las conexiones WAN se caracterizaban por su lentitud, costo y tasa de errores relativamente elevada. Con la paulatina introducción de fibras ópticas y líneas digitales en las infraestructuras de las compañías portadoras las líneas WAN han reducido apreciablemente su tasa de errores; también se han mejorado las capacidades y reducido los costos. A pesar del inconveniente que en ocasiones pueda suponer el uso de líneas telefónicas tienen la gran virtud de llegar prácticamente a todas partes, que no es poco.

Con la excepción de los enlaces vía satélite, que utilizan transmisión broadcast, las redes WAN se implementan casi siempre con enlaces punto a punto, por lo que prácticamente todo lo que hemos dicho en el apartado de redes punto a punto es aplicable a las redes WAN.

Redes inalámbricas y movilidad.

En los últimos años ha habido un auge considerable de los sistemas de telefonía inalámbrica. Algunos usuarios requieren facilidades para conectar por radioenlaces sus ordenadores personales desde cualquier lugar o mientras se encuentran viajando en tren, autobús, etc. El sistema de telefonía inalámbrica digital GSM (Global System for Mobile communications), muy extendido en Europa, utiliza un canal digital para transmitir la voz, por lo que es posible conectar un ordenador portátil mediante un teléfono GSM, sin necesidad de módem. En algunos países ya se han hecho experimentos de conexiones inalámbricas a 64 Kb/s utilizando una versión modificada del GSM.

La conexión de ordenadores con total movilidad es importante en aplicaciones tales como flotas de taxis, camiones, autobuses, servicios de emergencia, fines militares, etc. En estos casos se emplean, además de los ya familiares ordenadores portátiles conocidos como 'laptops', otros aún más pequeños que se conocen como 'palmtop', asistente digital personal o PDA (Personal Digital Assistant), y que son algo intermedio entre un ordenador portátil y una agenda electrónica.

Las redes inalámbricas también tienen utilidad en algunos casos donde no se requiere movilidad, como en las LANs inalámbricas. Por ejemplo, una empresa que desea establecer una nueva oficina y por rapidez, provisionalidad de la ubicación o simples razones estéticas no desea cablear el edificio puede utilizar una LAN inalámbrica, consistente en una serie de equipos transmisores-receptores. Las LAN inalámbricas son generalmente más lentas que las normales (1-2 Mb/s) y tienen una mayor tasa de errores, pero para muchas aplicaciones pueden ser adecuadas.

La movilidad es importante también en casos en que no hay involucradas conexiones inalámbricas. Por ejemplo un representante que desee conectar con su oficina desde su ordenador portátil cuando se encuentra de viaje puede optar por llamar a su oficina directamente, pagando posiblemente una costosa llamada de larga distancia, o bien puede llamar al punto de presencia (POP, Point Of Presence) mas próximo de algún proveedor de servicios de comunicación, y a través de este acceder a su oficina por una infraestructura compartida que le resulte mas barata (por ejemplo la Internet); en este último caso se dan una serie de problemas de solución no trivial en cuanto a la seguridad y el correcto encaminamiento del tráfico.

Internetworking

Si bien las clasificaciones de redes antes estudiadas tienen interés como medio de sistematizar su estudio, es obvio que en la realidad casi nunca se da uno de esos tipos en estado puro. Por ejemplo, una LAN (que normalmente será una red de tipo broadcast) casi siempre dispondrá de un router que la interconecte a una WAN (que generalmente consistirá en un conjunto de enlaces punto a punto). Esta interconexión de tecnologías diferentes se conoce como ‘internetworking’ (que podríamos intentar traducir como ‘interredes’). El router que interconecta redes diferentes está físicamente conectado a todas las redes que se desean interconectar.

Además de la combinación de medios físicos diversos es posible encontrarse con necesidades de internetworking en un mismo medio físico; este es el caso cuando coexisten protocolos de comunicación diferentes; por ejemplo, en una misma red Ethernet puede haber unos ordenadores utilizando el protocolo TCP/IP y otros utilizando DECNET (protocolo típico de la marca de ordenadores Digital). Al ser protocolos diferentes son completamente independientes y no se pueden hablar entre sí, por lo que un usuario de un ordenador TCP/IP no podría por ejemplo enviar un mensaje de correo electrónico a uno de un ordenador DECNET. Sin embargo, es posible instalar en un ordenador ambos protocolos, y un programa de conversión de correo electrónico, de forma que los usuarios de ambas redes puedan intercambiar mensajes. A la máquina que interconecta el correo electrónico de los dos protocolos se la denomina pasarela (‘gateway’ en inglés). Generalmente las pasarelas han de implementarse a nivel de aplicación; así disponer en nuestro ejemplo de una pasarela para el correo electrónico no significa que podamos transferir ficheros entre máquinas TCP/IP y DECNET, ya que para esto haría falta una pasarela del servicio de transferencia de ficheros. Una misma máquina puede actuar como pasarela para varios servicios. Haciendo una analogía podemos decir que los protocolos son como idiomas y las pasarelas equivalen a servicios de traducción que permiten entenderse a personas que hablan diferentes lenguas.

Cuando una red esta formada por la interconexión de varias redes se le denomina internet. A principios de los setenta se creó en los Estados Unidos una internet mediante la unión de varias redes que utilizando medios de transmisión diversos empleaban un conjunto común de protocolos en el nivel de red y superiores, denominados TCP/IP. Con el tiempo la denominación Internet (con I mayúscula) terminó convirtiéndose en el nombre propio de dicha red, muy conocida en nuestros días.